Наряду с собиранием, хранением коллекций и популяризацией научных знаний Государственный музей Дальнего Востока. осуществляет важнейшую социальную функцию - проведение научных исследований в области истории, культуры и природы Хабаровского края. Научная деятельность музея позволяет восполнить изучение многих важнейших проблем в данных областях в связи с отсутствием в крае научно-исследовательских учреждений гуманитарного направления. Согласно информации Управления науки правительства Хабаровского края, исследованиями в области гуманитарных наук занято всего 13 % состава научных кадров края.

В 2000 г. музей был аккредитован Министерством науки и технологий РФ как научное учреждение.

Главные направления научных исследований отражает структура научных отделов музея:

1. Отдел природы - изучает вопросы охраны природы, орнитологии, булавоусых чешуекрылых, дендрологии, разрабатывает проблемы экологического просвещения.

2. Музей археологии - занимается изучением древних культур Приамурья, и является по существу единственным археологическим научным центром края.

3. Отдел этнографии аборигенного населения Приамурья - единственное в крае учреждение, которое занимается изучением материальной и духовной культуры т. н. "малочисленных" народов края на профессиональном уровне.

4. Отдел истории - изучает проблемы заселения и хозяйственного освоения Приамурья в XVII-начале XX веков.

5. Отдел современной истории - занимается исследованиями революционных процессов XX в., историей казачества, проблемами его возрождения, а также вопросами современного социально-экономического развития края.

6. Литературный отдел - исследования в области литературоведения и изучения дальневосточной литературы XIX-XX веков.

Последнее время больше внимания стало уделяться изучению музейного дела на Дальнем Востоке. В 2001 г. на эту тему были написаны два диссертационных исследования.

Ученый совет музея осуществляет координацию научной работы с профильными учреждениями. В него входят ведущие специалисты научных и образовательных организаций края, сотрудники музея. Ежегодно Ученый совет музея определяет перспективные направления музейных исследований, подводит их итоги, дает рекомендации в области музейного дела.

Результаты научных исследований публикуются в научных сборниках, в т. ч. международных, выпускаются в виде монографий, каталогов, научных отчетов.

В 1996 г. музей выступил инициатором проведения периодической научной конференции "Гродековские чтения". Общая направленность Гродековских чтений (1996, 1999, 2001 гг.) определяется проблемами изучения и сохранения историко-культурного наследия Дальнего Востока. Конференция стала форумом, объединившим краеведов-любителей и профессиональных ученых в области регионоведения.

Сотрудники музея активно участвуют в конференциях разного уровня , в т. ч. международных. Из последних особо следует отметить ежегодные конференции панорам. Панорама "Волочаевская битва"  Хабаровского краевого музея является уникальным произведением и вызывает интерес зарубежных исследователей.